多種技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)現(xiàn)提高脫鹽水系統(tǒng)回收率

李 虹 黃 博 袁國光

河鋼集團(tuán)邯鋼公司能源中心 河北 邯鄲 056015

引言

中國經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展,經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí),隨之而來的是大量的工業(yè)廢水,對(duì)環(huán)境帶來嚴(yán)重威脅。水資源的極度缺乏現(xiàn)狀,工業(yè)廢水處理再利用成為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié),具有降低生產(chǎn)成本,節(jié)水降耗、環(huán)境環(huán)保等多重意義。大型鋼鐵企業(yè)的邯鋼,意識(shí)超前,多年前已使用工藝技術(shù)為“預(yù)處理+兩級(jí)反滲透”的脫鹽水站崗位,其水源均使用的是廢水再利用后的中水。脫鹽水站經(jīng)過多年的運(yùn)行,超濾、反滲透膜設(shè)備均出現(xiàn)老化衰減現(xiàn)象,脫鹽水系統(tǒng)回收率逐漸降低。邯鋼通過技術(shù)攻關(guān)脫鹽水系統(tǒng),創(chuàng)新節(jié)水技術(shù),實(shí)現(xiàn)脫鹽水系統(tǒng)回收率提高,且保持長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 工藝概況

邯鋼東區(qū)共有四個(gè)脫鹽水站,本文以二軟水站為例。二軟水正式投產(chǎn)于2010年6月,以邯鋼第二污水處理廠處理后的產(chǎn)品水中水作為水源,河水作為應(yīng)急水源。由于二軟水站已運(yùn)行11年,設(shè)備的老化、故障率高、膜元件超期使用后的衰減等一系列原因,二軟水站在技術(shù)攻關(guān)前,系統(tǒng)平均回收率僅為57%。

圖1 二軟水工藝流程示意圖

2 多種技術(shù)集成創(chuàng)新應(yīng)用

使用冶金工業(yè)廢水再利用處理后的產(chǎn)品水中水,水溫高,有機(jī)物含量高,金屬含量高,對(duì)于脫鹽水站極易造成細(xì)菌滋生快,有機(jī)物污堵頻繁等現(xiàn)象。通過對(duì)二軟水每個(gè)環(huán)節(jié)分析,精心維護(hù),加藥方式、運(yùn)行參數(shù)等各方面進(jìn)行優(yōu)化。如根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況,對(duì)多介質(zhì)過濾器設(shè)定的觸發(fā)反洗條件進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整;超濾、反滲透系統(tǒng)定期需要進(jìn)行化學(xué)清洗,根據(jù)運(yùn)行情況及水質(zhì)分析,有針對(duì)性的調(diào)整化學(xué)清洗方案,改變清洗藥劑投加順序及投加時(shí)間,并將在線與離線化學(xué)清洗相結(jié)合等;為保證殺菌劑的投加效果,定期測定觀察殺菌效果及保安過濾器濾芯上污染物成分,定期監(jiān)測余氯等各種手段,調(diào)整氧化性殺菌劑投加量,并隨之調(diào)整還原劑投加量。定期投加非氧化殺菌劑,與氧化性殺菌性相配合投加。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì),還調(diào)整藥劑投加點(diǎn)位置,如夏季水溫高,細(xì)菌、微生物滋生快,可適當(dāng)將次氯酸鈉投加點(diǎn)前置等。加強(qiáng)與源水崗位聯(lián)系,發(fā)現(xiàn)水質(zhì)波動(dòng)及時(shí)與二污水崗位聯(lián)系,避免發(fā)生水質(zhì)繼續(xù)惡化等各項(xiàng)日常操作。本項(xiàng)目還針對(duì)二軟水站目前現(xiàn)狀,進(jìn)行了針對(duì)性的幾項(xiàng)技術(shù)改造。

2.1 多介質(zhì)過濾器反洗改造

二軟水站共有16臺(tái)多介質(zhì)過濾器,每臺(tái)過濾器產(chǎn)水量64t/h。多介質(zhì)過濾器反洗完成后投入運(yùn)行,隨著運(yùn)行時(shí)間的順延,多介質(zhì)過濾器壓差超過0.05MPa或累計(jì)流量超過1300t/h的時(shí)候觸發(fā)反洗。反洗步驟為“第一次反洗—排水—?dú)獠料础诙畏聪础o置——正洗”,原設(shè)計(jì)的多介質(zhì)過濾器兩次反洗采用的均為中水。

為提高多介質(zhì)過濾器環(huán)節(jié)的系統(tǒng)回收率,充分使用濃水,降低中水消耗,通過對(duì)數(shù)據(jù)分析、計(jì)算,將二軟水站多介質(zhì)反洗用水由中水改為反滲透濃水。在二軟水站一級(jí)反滲透濃水管道上加裝三通和閥門,并將反滲透濃水外送管延長至連接多介質(zhì)1#反洗泵進(jìn)口處。多介質(zhì)過濾器在兩次反洗中由原來使用中水均改造為使用一級(jí)濃鹽水,反洗最后1步的正洗使用中水正沖1次。這樣,既節(jié)省了中水消耗,又不影響每套多介質(zhì)過濾器的在反洗時(shí)的反洗效果,也沒有給脫鹽水系統(tǒng)帶來新增問題。

按照目前的運(yùn)行生產(chǎn)情況,16臺(tái)多介質(zhì)過濾器一天平均需最少反洗2.5套,每套多介質(zhì)過濾器反洗需消耗15-20噸水,每最少可節(jié)省中水13688噸,從而提高脫鹽水系統(tǒng)回收率。

2.2 超濾清洗方案改造

二軟水采用的是6套浸沒式超濾,超濾系統(tǒng)在運(yùn)行中,不可避免存在污染物、沉積物的逐漸積聚的過程,針對(duì)超濾系統(tǒng)清洗后存在清洗效果不理想,清洗后過膜壓差大,單套設(shè)備的運(yùn)行周期短等現(xiàn)象,調(diào)整超濾清洗方案。在超濾的運(yùn)行過程中,雖然精心維護(hù),但每次反洗還是會(huì)有運(yùn)行中的污染物、沉積物等積累,造成超濾系統(tǒng)存在過膜壓差的逐步升高,膜通量的逐步下降。當(dāng)污堵嚴(yán)重時(shí),需進(jìn)行化學(xué)清洗。

通過多次試驗(yàn)比較,發(fā)現(xiàn)采用低PH值、較短的浸泡時(shí)間,適當(dāng)提高清洗液的濃度和溫度（建議增加適當(dāng)用曝氣抖動(dòng)膜絲）清洗效果較好。其次酸洗時(shí)采用草酸+檸檬酸,清洗效果相比單一清洗劑清洗明顯。清洗后效果明顯,清洗周期可延長至6個(gè)月。

2.3 二級(jí)反滲透裝置改造

反滲透在運(yùn)行中必然會(huì)受到污染物、沉積物等污染,從而濃差極化現(xiàn)象愈加明顯,造成反滲透每套運(yùn)行周期縮短,回收率逐步降低,透鹽率逐步增大,水耗比高等現(xiàn)象,這些都造成了反滲透系統(tǒng)整體回收率低。由于邯鋼脫鹽水站使用的是中水水源,因而濃差極化現(xiàn)象造成的水通量下降迅速較為顯著,二級(jí)反滲透系統(tǒng)回收率低。嚴(yán)格控制膜的水通量和相對(duì)比較高的回收率是防止?jié)獠顦O化,降低污染速度的關(guān)鍵因素。

應(yīng)用推廣一種反滲透無動(dòng)力濃水高效回收裝置”專利。二軟水共有三套二級(jí)反滲透裝置,單套反滲透裝置安裝66支膜元件,膜元件的單支回收率設(shè)計(jì)為90%,排列形式為8:3。改造后,將原二級(jí)反滲透的一段第8支膜殼作為二級(jí)反滲透的三段,排列形式改為三段排列,即為7:3:1。經(jīng)過計(jì)算及測算,改造后的第三段膜殼,其濃水流量為4.36 m3/h（大于4 m3/h）,設(shè)計(jì)上正常不會(huì)產(chǎn)生濃差極化現(xiàn)象。

在不需要額外增加動(dòng)力的前提下,保證不會(huì)造成損傷反滲透膜元件的應(yīng)用壽命,實(shí)現(xiàn)了反滲透的三段排列,間接實(shí)現(xiàn)降低濃水排放比例,提高二級(jí)反滲透系統(tǒng)單套設(shè)備回收率由80%（平均）至92%（平均）,且由于減輕了后段濃差極化趨勢,降低了二級(jí)反滲透系統(tǒng)設(shè)備透鹽率,反滲透系統(tǒng)設(shè)備的化學(xué)清洗周期由50天（平均）延長至70天（平均）。

2.4 混床裝置改造

二軟水站共有四個(gè)體內(nèi)同步再生式混床裝置,實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)多種弊端,如操作步驟繁復(fù),再生后效果不理想、周期短、再生耗時(shí)長,易混脂后污染等。改造前,混床系統(tǒng)頻繁再生,且再生耗水量大,從而造成整體水耗高、回收率低。

在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上,應(yīng)用推廣“一種新型混床樹脂體外分離與再生技術(shù)”的專利。不需要增加大的成本和占地空間,將現(xiàn)有的體內(nèi)同步再生式混床改造為一種混床可實(shí)現(xiàn)體外分離樹脂與再生的裝置,對(duì)比原有設(shè)備技術(shù),改造后再生效率提高,再生后效果明顯提升,周期長,再生次數(shù)減少,原有弊端改造后有明顯改進(jìn)或改善。

通過技術(shù)改造后,二軟水混床系統(tǒng)整體回收率明顯提高,系統(tǒng)水耗比大大降低。混床再生后,再生效果良好,每套設(shè)備的單次再生時(shí)間可縮短為平均1小時(shí),再生次數(shù)減少,單套設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)周期延長至平均3天以上。由于改造后再生樹脂為體外分離再生,因此再生混液污染樹脂的情況不再發(fā)生,且再生效果相比改造前明顯提升,從而降低了樹脂衰減速度,延長了樹脂壽命及每次再生樹脂損失量,樹脂補(bǔ)充更換量由每年12噸減少為每年僅需0.8噸即可滿足生產(chǎn)需求,且出水水質(zhì)優(yōu)良。

3 使用效果

通過以上膜法技術(shù)的優(yōu)化、專利的推廣應(yīng)用,大大提高整個(gè)二軟水站脫鹽水系統(tǒng)的回收率,提高了中水利用率,總回收率由57%提高至65%,并實(shí)現(xiàn)長周期穩(wěn)定保持。減少了系統(tǒng)各設(shè)備的化學(xué)清洗次數(shù),從而間接提高設(shè)備使用壽命。脫鹽水站運(yùn)行狀況良好,產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)良。同時(shí),由于脫鹽水站的整體系統(tǒng)回收率的提高,減少了濃水比例和反滲透化學(xué)清洗、混床再生等產(chǎn)生高鹽廢水環(huán)節(jié)的次數(shù),整體減少了高鹽廢水排放量,邯鋼東區(qū)高鹽廢水排水量大幅度降低,由原有的1150t/h減少為840t/h,也完成了脫鹽廢水減量化。邯鋼追求的是可持續(xù)長周期穩(wěn)定發(fā)展,目前以實(shí)現(xiàn)脫鹽水系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定良好,但是想長久甚至永遠(yuǎn)保持脫鹽水站的長周期高回收率運(yùn)行,延長膜元件使用壽命,還需要今后脫鹽水站的精細(xì)化關(guān)系和長期的技術(shù)攻關(guān),這將是邯鋼今后攻關(guān)方向。

4 結(jié)語

邯鋼在雙膜法工藝技術(shù)上積累了大量的技術(shù)經(jīng)驗(yàn),通過一系列的技術(shù)調(diào)整優(yōu)化,專利的應(yīng)用推廣,在脫鹽水站已運(yùn)行超過10年,膜元件超期使用、設(shè)備老化等現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,保持了較高的系統(tǒng)回收率,且設(shè)備運(yùn)行狀況良好,對(duì)于應(yīng)用雙膜法工藝技術(shù)的企業(yè)具有很強(qiáng)的推廣性。